2018年电池管理系统行业深度研究报告

２０１８年电池管理系统行业深度研究报告目录1.BMS重要性愈发凸显，市场受益有限 (6)1.1锂离子电池特性促使BMS重要性日益凸显 (6)1.2硬件架构与软件性能决定BMS性能优劣 (7)1.3新能源汽车市场高速发展，车用BMS市场受益有限 (9)2.梯次利用成为下一个发力点，BMS技术亟待升级 (11)2.1补贴退坡后需关注新能源汽车全生命周期价值 (11)2.2电池包退役潮即将到来，梯次利用场景成为下一个风口 (13)2.3电池包梯次利用为BMS带来巨大挑战 (13)2.3.1BMS能够为梯次利用的性能评估提供关键数据 (13)2.3.2BMS在梯次利用阶段需要具备主动式管理能力 (14)3.三足鼎立局面将延续，整车厂占据优势地位 (15)3.1国外市场：整车企业、零部件企业和电池企业瓜分市场 (15)3.2国内市场：三足鼎立局面形成，技术壁垒维护电池厂和BMS厂商优势地位163.3合作研发成为趋势，技术壁垒逐渐打破，技术升级促使整车厂占据优势地位174.投资建议 (18)4.1科大国创 (18)4.2科列技术 (19)5.风险提示 (20)图目录图1典型的BMS功能架构 (6)图2典型锂离子电池安全工作区间示意图 (6)图3电池包内的不一致会加速电池包的老化 (6)图4电池系统热失控诱因 (7)图5电池内短路机理及管理手段 (7)图6BMS产业链 (7)图7一款典型的BMS主控板 (8)图8一款典型的BMS从控板 (8)图9BMS销售成本构成 (8)图10典型的BMS软件模块架构 (9)图112016年动力电池系统成本构成 (9)图12BMS产品毛利率变化趋势 (9)图13中国新能源汽车市场销量预测 (10)图14特斯拉Model S电池系统 (10)图15宝马i3电池系统 (10)图16中国BMS市场规模预测 (11)图17电池系统全生命周期示意图 (12)图18中国电池销量及报废量预测 (13)图19电池系统梯次利用商业模式流程 (13)图20新能源汽车国家监测与管理中心监控平台 (14)图21上海市新能源汽车公共数据采集与监测研究中心 (14)图22电池运行数据的在线处理架构 (14)图23电池均衡技术的分类 (15)图24普瑞BMS主控与从控板 (16)图25宝马i8 (16)图26全球主要车型及BMS供应情况 (16)图27各类型BMS企业配套车型数量所占份额变化趋势 (17)图28奇瑞新能源销量情况 (19)图29奇瑞小蚂蚁 (19)图30科大国创近五年营业收入与同比增速 (19)图31科大国创近五年归母净利润及同比增速 (19)图32科列技术近五年营业收入与同比增速 (19)图33科列技术近五年归母净利润及同比增速 (19)表目录表1常见电池系统电池数量、电压等级和所需IC芯片数量 (10)表2纯电动乘用车补贴方案变化情况（基础标准）（万元/辆） (11)表3一款400km续航纯电动车电池系统成本对比 (12)1. BMS 重要性愈发凸显，市场受益有限1.1 锂离子电池特性促使BMS 重要性日益凸显新能源汽车相比于传统燃油车的最大区别是以动力电池作为动力驱动的主要来源，而作为衔接电池系统、整车系统和电机的重要纽带，电池管理系统（Battery Management System, BMS ）的重要性不言而喻。

在功能上，BMS 通过与动力电池紧密结合的传感器，对单体与整包电池的电压、电流、温度进行实时检测，将采集到的数据输入到控制器中，利用状态估计算法估计剩余荷电状态（SOC ）、功率状态（SOP ）和老化状态（SOH ）等，同时进行漏电检测、热管理、均衡管理、故障诊断，还可以根据电池状态控制最大输出功率以尽可能延长续驶里程，控制充电机在最优充电状态下充电，通过CAN 总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通信。

其典型的功能结构如图1所示。

图1 典型的BMS 功能架构资料来源：海通证券研究所整理动力锂离子电池由于具有高能量与功率密度、长寿命、无污染、无记忆性等优势，因而被大多数车用动力电池包所采用。

然而锂离子电池仍然存在几个关键问题，在单体层面，其对运行温度、电流和电压区间要求苛刻，安全性较脆弱且成本较高。

在电池组层面，其状态与参数的不一致在后期会加速恶化，严重影响电池包的使用性能、循环寿命及安全性。

因而需要有BMS 对单体电池的状态进行监控，确保其工作在最优区间内，同时利用均衡等手段保证单体间的状态一致性。

图2 典型锂离子电池安全工作区间示意图资料来源：《汽车安全与节能学报》，海通证券研究所图3 电池包内的不一致会加速电池包的老化资料来源：《Int. J. Electrochem. Sci.》，海通证券研究所近年来，电动汽车自燃事件频发，引发公众对于锂离子电池安全性的质疑和关注。

电池系统的热失控是造成电动汽车自燃的罪魁祸首，由于构成电池的正负极与电解质材料特性不稳定，使得电池单体在机械、电和热诱因下，极易出现热失控现象，进而迅速传导至整包，从而引发电池系统的热失控。

其中过充/放与内短路等电诱因可以通过BMS 的监测和管理功能进行有效防护与预警，因而BMS对于电池系统安全性至关重要。

图4电池系统热失控诱因资料来源：电池中国，海通证券研究所图5电池内短路机理及管理手段资料来源：电池中国，海通证券研究所我们认为，在以动力锂离子电池作为主要能量来源的纯电驱动及插电混动新能源汽车中，BMS的作用在短期内无可取代，且随着人们对新能源汽车续航能力以及电池安全性的追求持续增长，BMS日益受到重视。

1.2 硬件架构与软件性能决定BMS性能优劣典型的车用BMS由硬件电路、底层软件和应用层软件构成，其中硬件电路是BMS 的基础，其元器件供应商和PCB加工制造商构成了BMS的产业链上游；软件系统是BMS实现功能的主体，也是BMS的大部分附加值所在；BMS的下游包括了车用动力电池系统的主要应用对象，包括新能源乘用车与新能源商用车生产商等。

图6BMS产业链资料来源：海通证券研究所一套典型的BMS硬件由一块主控板和多块从控板构成，如下所示，其主要由电源、MCU（主/从控芯片）、采样IC（ASIC芯片）、其他IC、RTC、EEPROM和CAN模块等元器件组成。

图7一款典型的BMS主控板资料来源：科大国创《发行股份交易预案》，海通证券研究所图8一款典型的BMS从控板资料来源：科大国创《发行股份交易预案》，海通证券研究所其中MCU和采样IC是BMS硬件中的核心元器件，其成本分别占BMS物料成本的10%和40%左右。

采样IC是具备采样功能的专用集成电路芯片，BMS中主要是为采集电压、电流和温度数据，国内厂家所采用的解决方案基本都来自国外半导体厂商，如电压采样IC主要来自凌特（LTC系列，美国）、美信（MAX系列，美国）、德州仪器（TI 系列，美国）、飞思卡尔（MC系列，欧洲）等，我们预计在短期内国产芯片不具备竞争力，这导致国内厂商在采样IC领域的议价能力较差，硬件成本短时间内难以实现大幅度下降。

因此我们认为上述国外半导体企业将从BMS产业中获益。

硬件的物料成本构成了BMS供应商的主要销售成本，约占80%，另外加工成本占15%，其余不到5%。

随着生产规模的提升，加工成本占比呈逐年下降的趋势而物料成本占比逐年上升。

图9BMS销售成本构成资料来源：科大国创《发行股份交易预案》，海通证券研究所软件模块是BMS功能的核心，主要由底层软件和应用层软件组成。

下图所示为常用的BMS软件架构，其中底层软件是连接硬件与应用层软件的桥梁，应用层软件用于实现BMS的主要功能，包括状态估计、高低压管理、充放电管理、均衡控制和故障诊断等功能模块，其性能的好坏取决于BMS研发人员对电池包特性的理解程度和技术能力的高低，并直接决定BMS管理电池包能力的大小，也是BMS的主要附加值所在。

图10 典型的BMS 软件模块架构资料来源：科列技术招股书，海通证券研究所2016年，BMS 的毛利率普遍在45%以上，主要是因为BMS 市场作为新兴产业，在初期软硬件研发门槛较高，市场上可选供应商较少，产品供不应求，造成市场定价较高，毛利率居高不下，其成本在电池系统中占比一度高达10%以上。

然而随着近两年补贴的退坡，下游产品价格压力逐渐传导至BMS 厂商，同时随着BMS 产品逐渐成熟，硬件门槛降低，市场可选供应商增加，造成产品价格迅速下降，毛利率在2018年上半年出现明显下降，我们预计到2020年毛利率会降低至市场上成熟汽车电子部件毛利率水平，即35%左右。

图11 2016年动力电池系统成本构成资料来源：中投顾问产业研究中心，海通证券研究所图12 BMS 产品毛利率变化趋势资料来源：科列技术2017年报、2018中报、科大国创《发行股份交易预案》，海通证券研究所BMS 产业链中游即BMS 供应商主要负责硬件电路的设计和软件功能的开发，BMS的硬件成本构成其主要销售成本，软件功能构成其主要附加值，随着生产规模的扩大与技术的成熟，硬件电路呈现同质化的趋势，我们认为BMS 供应商的主要竞争力将体现在软件功能的研发能力上。

1.3 新能源汽车市场高速发展，车用BMS 市场受益有限BMS 的产业链下游主要是各大整车厂，包括新能源乘用车与新能源商用车。

我国新能源汽车产业受国家政策影响较大，在政策的引导下，2017年新能源汽车产销分别达到79.4万辆和77.7万辆，同比分别增长53.8%和53.3%，连续三年位居世界首位。

然而随着2018年新能源汽车补贴的大幅度退坡以及双积分政策的执行，未来的竞争将更加激烈。

图13 中国新能源汽车市场销量预测资料来源：乘联会，海通证券研究所从终端需求来看，由于不同类型车辆电压等级和电芯的不同，需要由不同数量的电池模块串联。

一般而言，一块电池采样IC 对应10到12节串联电池模块，而与并联模块大小无关，例如对于特斯拉Model S 所采用的96s74p 的结构，尽管有7104节单体电池，但也只需要8块采样IC 即可，同样对于96s1p 的宝马i3而言，也需要8块采样IC 。

BMS 的终端售价与采样IC 数量呈近似正比关系，目前不同终端售价从1500元到8000元不等。

表 1 常见电池系统电池数量、电压等级和所需IC 芯片数量手机电动工具纯电动乘用车 纯电动物流车纯电动客车电压等级 3~5V 10~15V 300~400V 300~400V 400~600V 电池数量/个 1s 3~5s 80~100s 80~100s 100~200s 采样IC 数量/个 1 1 8~10 8~10 12~20售价范围/元10501500~30001500~30004000~8000资料来源：wiki ，海通证券研究所图14 特斯拉Model S 电池系统 资料来源：太平洋汽车网，海通证券研究所图15 宝马i3电池系统资料来源：第一电动网，海通证券研究所尽管新能源汽车市场一片向好，但是车用BMS 受限于其软硬件架构，并没有较高的议价能力，因此随着补贴的退坡，成本压力将逐步传递至BMS 厂商，进一步压缩其利润空间。